WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

нений в частных производных (1) использовался Выходной сигнал p-i-n-фотодиода в общем случае интегро-интерполяционный метод Тихонова и Самарско- ограничен двумя факторами: насыщением фототока при го (метод баланса), который обеспечивает консерватив- больших оптических мощностях из-за экранирования ность и однородность разностной схемы [5]. Неравно- внутреннего электрического поля фотогенерированными мерная сетка пространственной дискретизации по коор- носителями заряда, а также тепловым пробоем вследдинате z и строилась на основе изменения электри- ствие нагрева поглощающего слоя InGaAs джоулевым ческого потенциала вдоль структуры. В результате теплом [8]. Следует отметить, что при работе p-i-nинтегрирования системы уравнений (1) на прямоуголь- фотодиода при близких к нулю напряжениях смещения ной ячейке дискретизации получим следующую систему тепловые процессы не играют существенную роль.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1148 С.А. Малышев, А.Л. Чиж, Ю.Г. Василевский валентной зоны на гетерогранице p+-InP/n0-InGaAs на перенос носителей заряда является увеличение напряженности электрического поля в области гетерограницы, что может быть достигнуто формированием p-nперехода в поглощающем InGaAs-слое вблизи гетерограницы.

Увеличить критическую мощность излучения p-i-nфотодиода можно с помощью увеличения степени легирования p+-области и толщины верхнего слоя p+-InP.

При этом в случае полного обеднения поглощающего i-слоя при нулевом напряжении смещения имеет значение произведение концентрации акцепторной примеси Na на толщину p+-области dp: C = Nadp (рис. 3). Из рис. 3 видно, что при малых мощностях освещения Рис. 2. Распределения электрического поля Ez вдоль оси z значение параметра C не оказывает влияния на однов центре p-i-n-фотодиода при различных мощностях осверодность чувствительности по поверхности фотодиода.

щения P на длине волны 1.55 мкм, диаметре светового пятна 300 мкм и нулевом напряжении смещения. P, мВт: 1 — 0, 2 —3, 3 —5, 4 — 10, 5 — 15.

Структура моделируемого p-i-n-фотодиода состоит из верхнего слоя p+-InP толщиной 2.0 мкм и с концентрацией акцепторной примеси 5 · 1018 см-3, поглощающего слоя n0-In0.53Ga0.47As толщиной 2.5 мкм и с концентрацией донорной остаточной примеси 5 · 1014 см-3, а также подложкиn+-InP с концентрацией донорной примеси 3 · 1018 см-3. Контакт к p+-области представляет собой кольцо шириной 55 мкм с внутренним диаметром 860 мкм. На рис. 2 приведены распределения напряженности электрического поля Ez вдоль оси z в центре p-i-n-фотодиода с диаметром фоточувствительной обРис. 3. Зависимости чувствительности p-i-n-фотодиода S ласти 1000 мкм при различных мощностях освещения от диаметра светового пятна D при различных мощностях на длине волны 1.55 мкм. При этом учитывалось полное освещения P на длине волны 1.55 мкм, нулевом напряжеобратное отражение оптического излучения от тыльного нии смещения и различных значениях параметра C. P, мВт:

1 — < 1, 2–4 — 10. C, 1014 см-2: 1 — > 1, 2 —5, 3 — 10, омического контакта, а коэффициент отражения от фо4 — 20.

точувствительной поверхности фотодиода принимался равным нулю. Из рисунка видно, что при увеличении мощности освещения происходит ослабление внутреннего электрического поля p-n-перехода, а при оптической мощности P = 15 мВт напряженность электрического поля в поглощающем слое практически равна нулю.

Таким образом, при проектировании p-i-n-фотодиода с высоким значением фототока насыщения необходимо создавать условие, при котором при нулевом напряжении смещения напряженность внутреннего электрического поля p-n-перехода должна быть как можно большей.

Для увеличения критической мощности излучения Pmax необходимо устранить влияние потенциальных барьеров на гетерограницах на перенос носителей заряда [9]. Прямым способом уменьшить барьер для дырок на гетерогранице p+-InP/n0-InGaAs и таким образом увеРис. 4. Зависимости чувствительности S (кривая 1) и криличить ток насыщения является использование верхнего тической мощности излучения Pmax (кривые 2–4) p-i-nслоя p+-InGaAsP с более узкой шириной запрещенной фотодиода от радиуса дополнительного кольцевого электрода зоны, чем у InP. Однако в этом случае чувствительность Rc шириной 5 мкм при диаметре светового пятна 300 мкм, p-i-n-фотодиода в коротковолновой области умень- нулевом напряжении смещения и значениях параметра C, шается. Другим способом устранения влияния разрыва 1014 см-2: 2 —5, 3 — 10, 4 — 20.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Двумерное моделирование p-i-n-фотодиодов большой площади на основе InGaAs/InP При больших мощностях освещения в p-i-n-фотодиоде [3] K. Yang, J. East, G. Haddad. Sol. St. Electron., 36 (3), (1993).

наблюдается зависимость чувствительности от диаметра [4] A. Grinberg, S. Luryi. IEEE Trans. Electron. Dev., 7 (45), светового пятна, что ограничивает его динамический (1998).

диапазон. Однако p-i-n-фотодиоды с большим значе[5] А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. Уравнения математичением параметра C имеют более высокую критическую ской физики (М., Наука, 1972).

мощность излучения.

[6] R. Barrett, M. Berry, T.F. Chan, J. Demmel, J. Donato, Альтернативой увеличения толщины верхнего p+-InPJ. Dongarra, V. Eijkhout, R. Pozo, C. Romine, H. Van der Vorst.

слоя и степени легирования p+-области является форTemplates for the Solution of Linear Systems: Building Blocks мирование дополнительного контактного электрода в for Iterative Methods. 2nd ed. (Philadelphia, SIAM, 1994).

центре фоточувствительной поверхности в виде тонкого [7] Y. Chen, W. Hsu, R. Hsu, Y. Wu, Y. Chen. Jap. J. Appl. Phys., кольца, что позволяет существенно повысить значение 42 (7a), 4249 (2003).

критической мощности излучения Pmax (рис. 4, кри- [8] K. Williams, R. Esman. J. Lightwave Technol., 17 (8), (1999).

вые 2–4). Из рис. 4 видно, что увеличение значе[9] S. Malyshev, A. Chizh, V. Andrievski. Proc. 12th European ния параметра C в 2 раза приводит к двукратному Symp. „Gallium Arsenide and Other Compound Semiconувеличению критический мощности излучения. Следует ductor Application“ (Amsterdam, Netherlands, 2004) p. 283.

отметить также, что, изменяя радиус дополнительного кольцевого электрода, можно добиться увеличения Редактор Т.А. Полянская критической мощности излучения, как минимум, на порядок. Незначительное уменьшение спектральной чув2D modeling of large area InGaAs/InP ствительности фотодиода (кривая 1 на рис. 4) связано с p-i-n photodiodes отражением части падающего оптического излучения от S.A. Malyshev, A.L. Chizh, Y.G. Vasileuski дополнительного металлического электрода.

Institute of Electronics, National Academy of Sciences of Belarus, 4. Заключение 220090 Minsk, Belarus Разработана стационарная физико-топологическая мо

Abstract

The steady-state physical model of the p-i-n photoдель p-i-n-фотодиода, основанная на дрейфовоdiode based on 2D drift-diffusion scheme of the charge transport диффузионной схеме переноса носителей заряда в многослойных гетероструктурах на основе InxGa1-xAsy P1-y in multilayer heterostructures of Inx Ga1-x AsyP1-y/InP has been developed. The model takes into account Fermi statistics for с учетом функции распределения Ферми–Дирака для electrons and holes, the charge carrier mobility dependence of the электронов и дырок, зависимости подвижности от конelectric field and impurity concentration, as well as the thermionic центрации легирующей примеси и напряженности элекemission and tunneling at the heterointerfaces. The influence трического поля, а также термоэлектронной эмиссии of design parameters on characteristics of large area p-i-n и туннелирования носителей заряда на гетерограницах.

photodiode has been analyzed and the methods of dynamic range Модель может быть использована для оптимизации конincreasing have been suggested.

струкции p-i-n-фотодиодов на основе многослойных гетероструктур InxGa1-x AsyP1-y/InP.

Исследована конструкция p-i-n-фотодиода большой площади на основе InGaAs/InP для измерителей оптической мощности. Установлено, что для увеличения критической мощности излучения необходимо формировать p-n-переход в поглощающем слое InGaAs вблизи гетерограницы p+-InP/n0-InGaAs, увеличивать степень легирования в p+-области и толщину верхнего p+-InP-слоя.

Показано, что с помощью дополнительного кольцевого электрода в центре фоточувствительной поверхности p-i-n-фотодиода можно расширить динамический диапазон в 10 и более раз.

Список литературы [1] V. Palankovski, R. Quay. Analysis and simulation of heterostructure devices (Wien, Springer, 2004).

[2] И.И. Абрамов, В.В. Харитонов. Численное моделирование элементов интегральных схем (Минск, Вышайш. шк., 1990).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.